超重机串电阻起动控制

2016-01-08 15:44 作者:管理员11 来源:未知 浏览: 字号:
任务4  超重机串电阻起动控

泰山起重机如图2-63所示。由于其工作性质,经常需要重载起动,因此提升机构和平移机构的电动机一般采用起动转矩较大的绕线转子异步电动机,以减小电流,增加起动转矩一绕线转子异步电动机由于其独特的结构,一般不采取定子绕组降压起动,而在转子回路外接变阻器。因此,绕线转子异步电动机的起动控制方式和笼型异步电动机有所不同。

对于笼型异步电动机,无论采用哪一种降压起动方法来减小起动电流,电动机的起动转矩郡  随着减小。所以,对某些重载下起动的生产机械(如起重机、带运输机等),不仅要限制起动电  流,而且还要求有足够大的起动转矩,在这种情况下就基本上排除了采用笼型异步电动机的可能性,而采用起动性能较好的绕线转子异步电动机。
泰山起重机
   一、转子回路串电阻起动控制原理
   三相绕线转子异步电动机的起动,通常有在转子绕组回路中串接起动电阻器和接人频敏变阻器等方法。

    1.串接起动电阻器
    绕线转子异步电动机的转子回路串入适当的电阻,既可降低起动电流,又可提高起动转矩,改善电动机的起动性能。其原理如图2-64所示。如果使转子回路的总电阻(包括串入电阻)r2与电动机漏感抗相等,则起动转矩可达到最大值。
绕线转子异步电动机的机械性曲线
  起动时,先将变阻器调到最大位置如图,然后合上电源开关,转子便转动起来。随着转速的升高,电磁转矩将沿着Tem=f(n)曲线而变化,如图2-65所示。例如起动后转速沿曲线4变化,转速由a点上升到某值b时,切除一段电阻RΩ3,此时电动机的转速跳变到c点,使转矩沿曲线3变化。之后,将串入的电阻逐渐切除,直到全部切除为止,转速上升到正常转速,此时电动机稳定运行于j点。起动完毕后,要用举刷装置把电刷举起,同时把集电环短接。当电动机停止时,应把电刷放下,且将电阻全部接入,为下次再起动做好准备。
    绕线转子异步电动机不仅能在转子回路串人电阻减小起动电流,增大起动转矩,而且还可以在小范围内进行调速,因此,广泛地应用于起动较困难的机械(如起重吊车、卷扬机等)上。但它的结构比笼型异步电动机复杂,造价高,效率也稍低。在起动过程中,当切除电阻时,转矩突然增大,会在机械部件上产生冲击。当电动机容量较大时,转子电流很大,起动设备也将变得庞大,操作和维护工作量大。为了克服这些缺点,目前多采用频敏变阻器作为起动电阻。
    2.串接频敏变阻器
    频敏变阻器是一个三相铁心绕组(三相绕组接成星形),铁心一般做成三柱式,由几片或几十片较厚(30~50mm)的E形钢板或铁板叠装制成,其结构和起动线路如图2-66所示。电动机起动时,电阻绕组中的三相交流电通过频敏变阻器,在铁心中便产生交变磁通,该磁通在铁心中产生很强的涡流,使铁心发热,产生涡流损耗,频敏变阻器线圈的等效电阻随着频率的增大而增加,由于涡流损耗与频率的平方成正比,当电动机起动时(s=1).转子电流(即频敏变阻器线圈中通过的电流)频率最高(f2 =f1),因此频敏变阻器的电阻和感抗最大。起动后,随着转子转速的逐渐升高,转子电流频率(f2= sfi)便逐渐降低,于是频敏变阻器铁心中的涡流损耗及等效电阻也随之减小。实际上,频敏电阻器相当于一个电抗器,它的电阻是随交变电流的频率而变化的,故称为频敏变阻器,它正好满足了绕线转于异步电动机起动的要求。
    由于频敏变阻器在工作时总存在着一定的阻抗,使得机械特性比固有机械特性软一些,因此,在起动完毕后,可用接触器将频敏变阻器短接,使电动机在固有特性上运行。
    频敏变阻器是一种静止的无触点变阻器,它具有结构简单、起动平滑、运行可靠、成本低廉、维护方便等优点。
  二、转子回路串电阻起动控制
  三相绕线转子异步电动机串电阻起动的方式为:起动时,在转子回路中接人作星形联结的三相起动变阻器,起动过程中逐段切除。当起动结束时,可变电阻也减小到零,转子绕组被直接短接,电动机就在额定状态下正常运转。三相电阻短接的方式有平衡短接法与不平衡短接法。平衡短接法是指每相起动电阻被同时短接相同阻值,不平衡短接是每相的起动电阻轮流被短接。采用接触器控制短接电阻时,一般为平衡短接法。根据绕线转子异步电动机起动过程中转子电流的变化及所需起动时间,有电流原则与时间原则两种控制方式。
    1.电流继电器
    根据继电器线圈中电流的大小而接通或断开电路的继电器叫做电流继电器。使用时.电流继电器的线圈串联在被测电路中。为了使串入电流继电器线圈后不影响电路正常工作t电流继电器线圈的匝数要少,导线要粗,阻抗要小。电流继电器分为过电流继电器和欠电流继电器两种。
    (1)过电流继电器
    当继电器中的电流超过预定值时,引起开关电器有延时或无延时动作的继电器叫过电流继电器。它主要用于频繁起动和重载起动的场合,作为电动机和主电路的过载和短路保护。
    过电流继电器的外形结构及工作原理如图2-67所示。它由线圈、圆柱形静铁心、衔铁、触点系统和反作用弹簧等组成。
    当线圈通过的电流为额定值时,它所产生的电磁吸力不足以克服弹簧的反作用力,此时衔铁不动作。当线圈通过的电流超过整定值时,电磁吸力大于弹簧的反作用力,铁心吸引衔铁动作,带动动断触点断开,动合触点闭合。调整反作用弹簧的作用力,可整定继电器的动作电流值。交流过电流继电器的整定范围为iio>6—400%.使用时一般将其动断触点串在接触器的线圈中。
电流正常工作时衔铁不吸合,当电流超过整定值时,衔铁吸合动断触点断开,接触器线圈失电,从而切断电气设备的电源,起到保护作用。
    该系列中有的过电流继电器带有手动复位机构,这类继电器过电流动作后,当电流再减小甚至到零时,衔铁也不能自动复位,只有当操作人员检查并排除故障后,手动松掉锁扣机构,衔铁才能在复位弹簧作用下返回,从而避免重复过电流事故的发生。
过电流继电器
    (2)欠电流继电器
    当通过继电器的电流减小到低于其整定值时动作的继电器称为欠电流继电器。在线圈电流正常时这种继电器的衔铁与铁心是吸合的。它常用于直流电动机励磁电路和电磁吸盘的弱磁保护。
    常用的欠电流继电器,其结构与工作原理和过电流继电器相似。这种继电器的动作电流为线圈额定电流的30%~65%,释放电流为线圈额定电流的10%—20%。因此,当通过欠电流继电器线圈的电流降低到额定电流的10%~20%时,继电器即释放复位。使用时一般将其动合触点串在接触器的线路中,正常工作是衔铁处于吸合状态,当负载电流降低至释放电流时衔铁释放,
其动合触点断开,给出控制信号,使接触器线圈失电,从而切断电气设备的电源,起到保护作用。欠电流继电器在电路图中的符号如图2-68 (a)所示。
电流继电器在电路图中的符号
    2.电压继电器
    反映输入量为电压的继电器叫做电压继电器。使用时电压继电器的线圈并联在被测量的电路中,根据线圈两端电压的大小而接通或断开电路。因此这种继电器线圈的导线细、匝数多、阻抗大。根据实际应用的要求,电压继电器分为过电压、欠电压和零电压继电器。
    (1)过电压继电器
    过电压继电器是当电压大于其整定值时动作的电压继电器,主要用于对电路或设备作过电压保护,常用的过电压继电器动作电压可在105%—120%额定电压范围内调整。使用时一般将其动断触点串在接触器的线圈中。电压正常工作时衔铁不动作,当电压超过整定值时,衔铁动作,动断触点断开,接触器线圈失电,从而切断电气设备的电源,起到保护作用。
    (2)欠电压继电器
欠电压继电器是当电压降至某一规定范围时动作的电压继电器。零电压继电器是欠电压继电器的一种特殊形式,是当继电器的端电压降至0或接近消失时才动作的电压继电器。可见欠电压继电器和零电压继电器在线路正常工作时,铁心与衔铁是吸合的,当电压降至低于整定值时,衔铁释放,带动触点动作.对电路实现欠电压或零电压保护。常用的欠电压继电器的释放电压可在40%—70%额定电压范围内整定,零电压继电器的释放电压可在ioY6~35%额定电压范围内调节.使用时一般将其动合触点串在接触器的线路中,正常工作时衔铁处于吸合状态,当负载电压降低至释放电流时衔铁释放,其动合触点断开,给出控制信号,使接触器线圈失电,从而切断电气设备的电源,起到保护作用。电压继电器在电路图中的符号如图2-68(b)所示。
    3.按电流原则控制电路
电路如图2-69所示。图中Ri、R2、R3为转子外接电阻I KA2、KA3、KA4为电流继电器,其线圈串联在电动机转子回路中。三个电流继电器的动作电流相同,但释放电流不同,KA2释放电流最大,KA3次之,KA4释放电流最小。KA1为中间继电器。
转子电路串电阻起动控制电路
    电动机起动过程如下:合上隔离开关os,按下起动按钮SB2--KMl通电并自锁,KA1通电  动作。电动机全压起动。刚起动时,起动电流很大,三个电流继电器全部动作·控制电路中,  KA2、KA3、KA4的动断辅助触点断开,KM2、KM3、KM4不通电,电动机转子回路串人所有电阻一随着电动机转速上升,转子电流减少,KA2最先释放,其动断辅助触点闭合.KMZ线圈通电,主回路中,KM2主触点闭合短接电阻Ri一电流再减少时,KM3、KM4依次动作,切除电阻R2、R3一起动完毕,转子回路所串电阻全部切除,电动机进入正常运行.
    KA1的作用:保证刚起动时,转子回路串入全部电阻。
    4.按时间原刖控制电路
    电路如图2-70所示。中间继电器KTl、KT2、KT3控制三段电阻的切除。
    电动机起动过程如下z合上开关QS,按下起动按钮SB2--KMl通电自锁,KTl线圈通电,开始延H町-一KT1延时ut阃到,延时动合辅助触点闭合,KM2线圈通电自锁一KM2主触点闭合,切除电阻Rl; KM2动断辅助触点断开,使KTI线圈失电J KM2另一动合辅助触点闭合使KT2通电开始延时一当KT2延时时间到时,KM3通电自镇,其主触点短接电阻Ri、磁.动断辅助触点使KT1、KM2,KT2失电;另一动合辅助触点闭合使KT3通电开始延时.
    同理.KT3延时结束时,KM4动作,短接转子回路串人的全部电阻,并使KTI,KM2、KT2、KM3、KT3线圈都失电。最后,电动机短接所有电阻进入正常运行。正常工作时,只有KMI、KM4两接触器通电。
采用转子回路串电阻起动,在起动过程中,电阻分级切除会造成电流和转矩的突变,产生机械冲击。
按时间原则控制的转子电路串电阻起动控制电路
    三、转子回路串频敏变阻器起动控制
    频敏变阻器的阻抗能随着转子电流的频率下降而自动下降,所以能克服串电阻分级起动过程中产生机械冲击的缺点,实现平滑起动。转子回路串频敏变阻器常用于大容量绕线转子异步电动机的起动控制。如图2-71所示为转子回路串频敏变阻器的起动控制电路。
转子回路串频敏变阻器起动电路
    电路起动过程如下;合上开关os.按下起动按钮SB2KT、KM1相继通电并自锁,KT通电后开始延时,此时电动机转子回路串颁敏变阻器起动一随着转速的上升,频敏变阻器的阻抗逐渐减少一当转速上升到一定值时,时间继电器延时结束,延时动合触点闭合,使KM2、KA通电,并保持一KM2动断辅助触点断开,使KT线圈失电。主电路中.KM2主触点闭合,频敏变阻器坡短接,同时KA动断辅助触点断开,使热元件接入电流互感器二次回路,进行过载保护。
电动机进入正常运行。
    起动过程中.KA的动断辅助触点将热继电器发热元件短接.以免起动时间过长而使熟继电器产生误动作.
    图中,KMl线圈通电需KT能正常动作、KM2动断辅助触点处于闭合状态。若发生KT,KM2触点黏连等故障.KMl将无法得电,从而避免了电动机直接起动和转子长期串接频敏变阻器的不正常现象。
    四、10t交流桥式起重机的控制
    桥式起重机的电力拖动系统由3--5台电动机组成。
    小车驱动电动机1台。
    大车驱动电动机1~2台:大车如果采用集中驱动,则只有一台大车电动机F如果采用分别驱动,则由两台相同的电动机分另U驱动左、右两边的主动轱.
    起重电动机1-2台:单钩的小型起重机只有一台起重电动机l对于15t以上的中型和重型起重机,则有两台(主钩和副钩)起重电动机。
    1.起重电动机的控制要末
    (l)有较强的过载能力。起重电动机的控制特点是电动机较频繁地通、断电,经常处于起动、制动和反转状态,而且负载不规律,时轻时匝,因此受过载和机械冲击较大;同时,由于工作时间较短,其温升要比长期工作制的电动机低(在同样的功率下).允许过载运行.
    (2)有较大的起动转矩.起重电动机往往是带负载起动,因此要求有较好的起动性能,即起动转矩大,起动电流小.
    (3)能进行电气调速。由于起重机对重物停放的准确性要求较高,在起吊和下降重物时要进行调速,但是起重机的调速大多数是在运行过程中进行,而且变换次数较多,所以不宜采用机械调速,而应采用电气调速。因此,起重电动机多采用绕线转子异步电动机转子回路串电阻的方莹起动和调速.
    根据以上要求,专门设计了起盈用的交流异步电动机,型号为YZR(绕线转子)和YZ(笼型)系列,这类电动机具有过载能力强、起动性能好、机械强度大和机械特性较软的特点,能够适应起重机工作的要求.
    起重机上主要用凸轮控制器直接操作与控制电动机的正反转、调逮、起动与停止。
    2.电路构成
    10L交流桥式起重机电气控制的全电路如图2-72所示。桥式起重机只有一个吊钩,但大车采用分别驱动,所以共用了四台绕线转子异步电动机拖动,起重电动机Ml、小车驱动电动机M2、大车驱动电动机M3和M4,分别由三只凸轮控制器控制;QMI控制M1、QM2控制M2,QM3同步控制M3与M4;Ri—R4分别为四台电动机转子电路串人的调逮电阻器}YBI-YB4则分别为四台电动机的制动电磁铁。三相电源由osi引人,并由接触器KM控制。过流继电器KIO~K14提供过电流保护,其中KI1~KI4为双线圈式,分别保护M1、M2、M3与M4; KIO为单线圈式,单独串联在主电路的一相电源线中,作总电路的过电流保护。大车、小车和吊钩的控制过程基本相同,下面以小车为例,说明控制过程。
桥式起重机电气控制的全电路
    3. 10t变流桥式起重机小车的控制
    图2-73所示为凸轮控制器控制小车的线路图.凸轮控制器控制电路的特点是原理图以其圆柱表面的展开图来表示.由图2-73所示控制器有编号为1--12的12对触点,以竖画的细实线表示;而凸轮控制器的操作手轮右旋(控制电动机正转)和左旋(控翩电动机反转)各有5个挡位,加上一个中间位置(称为“零位”)共有11个挡位,用横画的细虚线表示;每对触点在各挡位是否接通,则以在横竖线交点处的黑圆点表示.有黑点的表示接通,无黑点的则表示断开。
    图中M为小车驱动电动机,采用绕线转子三相异步电动机,在转子电路中串人三相不对称电阻器硒,用作起动及调速控制。YB2为制动电磁铁,其三相电磁线圈与M2(定子绕组)并联.Q5为电源引入开关,KM为控制线路电源的接触器.KlO和K12为过流继电器,其线圈(KIO为单线圈,KI2为双线圈)串联在M2的三相定子电路中,而其动断触点则串联在KM的线圈支路中。
凸轮控制器控制小车的线路图
    (1)电动机定子电路
    在每次操作之前,应先将凸轮控制器QM2置于零位,由图可见QM2的触点10、11、12在零位接通;然后合上电源开关o:s,按下起动按钮SB,接触器KM线圈通过QM2的触点12通电.KM的三对主动合触点闭合,接通电动机M2的电源,然后可以用QM2操纵M2的运行。QM2的触点10、11与KM的动合触点一起构成正转和反转时的自锁电路,    凸轮控制器QM2的触点1~4控制M2的正反转,由图可见触点2、4在QM2右旋的五挡均接通.M2正转;而左旋五挡则是触点1、3接通,按电源的相序M2为反转;在零位时4对触点均断开。
    (2)电动机转子电路
凸轮控制器QM2的触点5--9用以控制M2转子外接电阻器R2,以实现对M2起动和转速的调节。由图可见这五对触点在中间零位均断开,而在左、右旋各五挡的通断情况是完全对称的;在(左、右旋)第一挡触点5-9均断开,三相不对称电阻Rz全部串入M2的转子电路,此时M2的机械特性最软(图214中的曲线1);置第二、三、四挡时触点5、6、7依次接通,将R2逐级不对称地切除,对应的机械特性曲线为图2-74的曲线2、3、4,可见电动机的转速逐渐升高;当置第五挡时触点5~9全部接通,Rz全部被切除,M2运行在自然特性曲线5上。
    由以上分析可见,用凸轮控制器控制小车及大车的移行,凸轮控制器是用触点】~9控制电  动机的正反转起动,在起动过程中逐段切断转子电阻,以调节电动机的起动转矩和转速.从第一  挡到第五挡电阻逐渐减小至全部切除,转速逐渐升高。该电路如果用于控制起重机吊钩的升降,  则升、降的控制操作不同。  
  1)提升重物。
  此时起面=电动机为正转(凸轮控制器右旋),对应为图2-74中的五条曲线。第一挡(曲线1)的起动转矩很小,是作为预备级,用于消除传动齿轮的问隙并张紧钢丝绳I在二至五挡提升速度逐渐提高(见图2-74中的直虚线a).
特性曲线
  2)轻载下放重物,
  此时起重电动机为反转(凸轮控制器左旋),对应为图中第Ⅲ象限的五条曲线。因为下放的重物较轻,其重力矩Tw不足以克服嗥擦转矩Tf.则电动机工作在反转状态,电动机的电磁转矩丁与Tw方向一致迫使重物下降(Tw十T>矸),在不同的挡位可获得不同的下降速度(见图2-74中第Ⅲ象限中的垂直虚线b).
  3)重载下放重物。
  此时趋重电动机仍然反转,但由于负载较重,其重力矩Tw与电动机电磁转矩T方向一致而使电动机加速,当电动机的转速大于同步转速no时,电动机进入再生发电制动工作状态,其机械特性曲线为第Ⅲ象限曲线5在第Ⅳ象限的延伸,T与Tw方向相反而成为制动转矩。由图可见在第Ⅳ象限的曲线1、2、3比较陡直,因此在操作时应将凸轮控制器的手轮从零位迅速扳至第五挡,中间不允许停留,在往回操作时也一样,应从第五挡快速扳回零位,以免引起重物高速下降而造成事故(见图2-74中的垂直虚线c)。
    由此可见,在下放重物时,不论是重载还是轻载,该电路都难以控制低速下降。因此在下降操作中如需要较准确的定位时,可采用点动操作的方式,即将控制器的手轮在下降(反转)第一档与零位之间来回扳动以点动起重电动机,并配合制动器便能实现较准确的定位。
 五、保护电路
欠电压、零压、零位、过电流、行程终端限位保护和安全保护共六种保护功髓。
 l.欠压保护    接触器KM本身具有欠电压保护的功能,当电源电压不足时(低于额定电压的85%).KM因电磁吸力不足而复位,其动合主触点和自锁触点都断开,从而切断电源。
 2.零压保护与零住保护
采用按钮SB起动.SB动合触点与KM的自锁动合触点相并联的电路·都具有零压(失压)保护功能,在操作中一旦断电,必须再次按下SB才能重新接通电源.在此基础上,由图2-73凸轮控制器控制的小车电路在每次霍新起动时,还必须将凸轮控制器旋回中间的零位,使触点12、17接通,才能够按下SB接通电源,这就防止在控制器还置于左右、上下、前后旋的某一挡位、电动机转予电路串入的电阻较小的情况下起动电动机,造成较大的起动转矩和电流冲击,甚至造成事故。这一保护作用称为“零位保护”。触点12、17只有在零位才接通,而其他挡位均断开,称为零位保护触点。
    3.过电流保护
    起重机的控制电路往往采用过电流继电器作过流(包括短路、过载)保护.KlO~K14为五只过电流继电器的动断触点i串联在KM线圈支路中,—旦出现过电流便切断KM,从而切断电源。此外,KM的线圈支路采用熔断器FU作短路保护。
    4.行程终端限位保护
    与起动按钮SB相串联的是三只凸轮控制器的零位保护触点:QM1、QM2的触点12和QM3触点17。三只凸轮控制器分别控制吊钩,小车和大车作垂直、横向和纵向共六个方向的运动,除吊钩下降不需要提供限位保护之外,其余五个方向都需要提供行程终端限位保护,相应的行程开关和凸轮控制器的动断触点均串入KM的自锁触点支路之中,各电器(触点)的保护作用见表2-2。
限位保护电器及触点一览表
    如行程开关sQ1、sQz分别提供M2正、反转(如M2驱动小车,则分别为小车的右行和左行)的行程终端限位保护,其动断触点分别串联在KM的自锬支路中。以小车右行为例分析保护过程;将QM2右旋-NM2正转一小车右行一若行至行程终端还不停下一碰SQI一SQI动断触点断开--KM线圈支路断电一切断电源I此时只能将QM2旋回零位一重新按下SB--KM线圈支路通电(并通过QM2的触点11及SQ2的动断触点自镁)一重新接通电源一将QM2左旋一M2反转一小车左行,退出右行的行程终端位置。
  5.安全保护
  SAI仍是事放紧急开关I SQ6是舱口安全开关.SQ7和SQ8是横粱栏杆门的安全开关,平时驾驶舱门和横粱栏杆门都应关好,将SQ6、SQ7、SQ8都压合,若有人进人挢架进行检修时,这些门开关就被打开,即使按下SB也不能使KM线圈支路通电。

    起重电动机多采用绕线转子异步电动机转子回路串电阻的方法起动和调速。现场参观,观察
起重机的机构与电气拉制过程,与前面叙述中的资料对照。
  1.实施器材
    (1)常用电工工具。
    (2)万用表1只、钳形电流蔽1只。
   2.实施过程
   (1)在操作教师的指导下,熟悉10t桥式起重机的结构和各种操作控制及注意事项。
   (2)在教师的指导下,对照10t桥式起重机电气控制线路,摘清电器元件的安装位置,明确各电路元件的作用。
3.实训注意事项
(1)参观过程必须在起重机停机的状态下进行。
(2)必须严格遵守空中作业规定.
4.任务检剐与评价
写一份参观报告,报告要求画出起重机电路的结构图和起动原理图。

1.过电流与欠电流继电器的区别是什么?
2.试述绕线转子异步电动机串电阻起动的特点。
3.三相异步电动机定子串电阻与转子串电阻的区别是什么?
4.桥式起燕机的保护环节有哪些?
 
(责任编辑:laugh521521)
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